捕获和转化海水中的CO₂可导致净负排放，同时每年可为合成燃料和化学原料提供数十亿吨的碳源。迄今为止，已经报道了两种类型的电渗析设计用于从海水中捕获CO₂。电渗析捕集CO₂的基本工作原理是通过酸化海水将CO₂/碳酸氢盐平衡推向溶解的CO₂。然后，酸化的气流通过液-气膜接触器，该接触器从水溶液中溶解的CO₂中捕获气态CO₂。在先前报道的装置中，意外的水分解反应，即阴极的氢分解反应（HER）和阳极的氧分解反应（OER），通常会导致额外的电压损失和额外的电化学能量消耗，以去除CO₂。

近日，加州理工学院Chengxiang Xiang，Harry A. Atwater，南方科技大学林蒙助理教授报道了一种直接耦合的电化学体系，通过使用双极膜电渗析（BPMED）电池和蒸汽补给的CO₂还原（CO₂R）电池来捕获和转化海水中的CO₂。

文章要点

1）在BPMED电池的电极通过单电子可逆氧化还原电偶代替了以往的水裂解反应，用于CO₂捕获的电化学能耗为155.4 kJ mol^-1或0.98 kWh kg^-1，同时BPMED电池还显示出高的CO₂捕获率，占总溶解无机碳（DIC）的71%。

2）研究人员展示了通过BPMED从海水中捕获CO₂与电化学CO₂还原（CO₂R）转化为燃料和化学品之间的直接耦合。直接耦合的蒸气供给的CO₂R电池使用铜电催化剂可以将CO₂从海水转化为燃料和化学品，如一氧化碳、乙烯、乙醇和丙醇，在电流密度为58 mA cm^-2时，总法拉第效率（FE）高达73%；使用Ag电催化剂，在电流密度为11.15 mA cm^-2时，CO转化量高达95％。

该概念体系提供了一条独特的技术途径，仅通过电化学过程就可以从海水中捕获和转化CO₂。

Digdaya, I.A., Sullivan, I., Lin, M. et al. A direct coupled electrochemical system for capture and conversion of CO2 from oceanwater. Nat Commun 11, 4412 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18232-y

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18232-y